KR20110089346A - Processes for making sheet structures having improved compression performance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시트 구조체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은 a) 열안정성 플록(floc)과 적어도 10 중량%의 아라미드 피브리드(fibrid)를 포함하는 복수의 플라이 - 여기서, 상기 플라이들은 추가로 25 내지 95 부피%의 기공률(void content)과 1.5 내지 7 중량%의 함수율(moisture content)을 가짐 - 를 조합하는 단계; b) 플라이들을 함께 열 라미네이팅하기 위하여 조합된 복수의 플라이들을 온도가 섭씨 250 내지 400도인 가열된 프레스에 제공하는 단계; c) 플라이들을 섭씨 250 내지 400도의 온도에서 가열하면서 적어도 1.3 ㎫의 압력에서 플라이들을 압축시킴으로써 가열된 프레스에서 복수의 플라이를 열 라미네이팅하여 시트 구조체를 형성하는 단계; 및 d) 시트 구조체를 섭씨 100도 미만의 온도로 냉각하면서 시트 구조체 상에 적어도 1.3 ㎫의 일정한 압력을 유지하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a sheet structure, the method comprising: a) a plurality of plies comprising a thermostable floc and at least 10% by weight of aramid fibrids, wherein the plies are further Having a void content of 25 to 95% by volume and a moisture content of 1.5 to 7% by weight; b) providing a plurality of combined plies to a heated press having a temperature of 250 to 400 degrees Celsius combined to thermally laminate the plies together; c) thermally laminating the plurality of plies in a heated press to compress the plies at a pressure of at least 1.3 MPa while heating the plies at a temperature of 250 to 400 degrees Celsius to form a sheet structure; And d) maintaining a constant pressure of at least 1.3 MPa on the sheet structure while cooling the sheet structure to a temperature below 100 degrees Celsius.

Description

개선된 압축 성능을 가진 시트 구조체를 제조하는 방법{Processes for Making Sheet Structures Having Improved Compression Performance}Processes for Making Sheet Structures Having Improved Compression Performance

본 발명은 개선된 국소 플라이 박리 성능 및 압축 성능을 가진 시트 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이들 시트 구조체는 전기 절연, 복합 구조 및 기타 응용에 적합할 수 있는 종이 및 판지를 포함한다.The present invention relates to a sheet structure having improved local ply peeling performance and compression performance and a method of manufacturing the same. These sheet structures include paper and cardboard that may be suitable for electrical insulation, composite structures, and other applications.

아라미드 피브리드(fibrid)를 함유하는 두꺼운 시트 구조체는 보통 웨트레이(wet-lay) 기술을 이용하여 재료의 플라이(ply)를 제조하고 이어서 재료의 다수의 플라이의 고온 압축(hot compression) 또는 조밀화(densification)에 의해 형성된다. 최종 평균 또는 공칭 두께가 최대 약 0.9 - 1.0 ㎜인 그러한 다겹 시트 구조체는 전형적으로 종이로 지칭되며; 최종 평균 또는 공칭 두께가 0.9 - 1.0 ㎜ 이상이면, 시트 구조체는 전형적으로 판지로 불린다.Thick sheet structures containing aramid fibrids usually produce plies of material using wet-lay techniques, followed by hot compression or densification of multiple plies of material. formed by densification). Such multi-ply sheet structures with a final average or nominal thickness of up to about 0.9-1.0 mm are typically referred to as paper; If the final average or nominal thickness is at least 0.9-1.0 mm, the sheet structure is typically called cardboard.

플라이 층들 사이의 접착력 (즉, 플라이 접착력)이 최종 시트 구조체에서 충분히 높고 균일하지 않으면, 시트 구조체 상에서 행해지는 추가적인 가공 단계, 예컨대 폭이 좁은 스트립으로의 슬리팅(slitting) 및/또는 작은 부품의 펀칭(punching)에 의해 시트 구조체의 박리 및 부품의 손실을 야기될 수 있다. 구체적으로, 펀칭된 더 작은 부품에 대한 요구와 결합된 고속의 펀칭 작업의 이용은 개선된 국소 플라이 접착력을 필요로 한다. 이들 펀칭 작업은 또한 평탄하고 휘지 않은 시트 구조체를 필요로 하며; 그렇지 않으면 정확한 크기와 필요한 형상의 최종 부품을 제조하는 것이 불가능하다.If the adhesion between the ply layers (ie ply adhesion) is not high enough and uniform in the final sheet structure, further processing steps are carried out on the sheet structure, such as slitting into narrow strips and / or punching of small parts. (punching) may cause peeling of the sheet structure and loss of parts. Specifically, the use of high speed punching operations combined with the need for smaller punched parts requires improved local ply adhesion. These punching operations also require a flat and uncurved sheet structure; Otherwise it is impossible to manufacture the final part of the correct size and required shape.

아라미드 판지를 제조하기 위하여 플라이 층들을 열적으로 라미네이팅하기 위한 예시적 방법이 프로보스트(Provost)의 미국 특허 제4,752,355호와 헨드렌(Hendren)의 미국 특허 제5,076,887호 및 제5,089,088호에 개시된다. 이들 방법의 모두는 섭씨 270도 내지 320도의 온도에서의 열 라미네이션 전에 플라이로부터 수분을 제거할 것을 필요로 한다. 두꺼운 종이의 제조를 위한 헤이스(Hayes)의 미국 특허 제4,481,060호는 라미네이션 전에 플라이를 완전히 건조시켜야 할 필요성을 예시하고 있으며, 종래의 생각은 가열된 시트 구조체가 고 압축 구역에서 나가면 플라이 내에 함유된 임의의 여분의 수분이 갑자기 증발(flash)하여, 시트 내의 영역들이 박리되게 하며, 당업계에서 "블리스터"(blister)로 알려진 것들을 생성하여 종이 또는 판지를 사용할 수 없게 한다는 것이다. 이러한 효과는 메머저(Memeger)의 미국 특허 제4,515,656호에 의해 예시되는데, 여기서 통상 판지로 허용될 수 없는 응집성의 팽창된, 공극이 많은 시트가 그 시트 내의 함수율(water content)을 적어도 60 중량%로 증가시키고, 압력과 온도 하에서 습윤 시트를 가열하여 수분을 신속하게 기화시키고 동시에 시트를 팽창시킴으로써 제조된다. 이러한 방법은 플라이들 내에서 그리고 플라이들 사이에서 임의의 팽창된 거시적인 셀을 형성한다.Exemplary methods for thermally laminating ply layers to make aramid cardboard are disclosed in Provost, US Pat. Nos. 4,752,355 and Hendren, US Pat. Nos. 5,076,887 and 5,089,088. All of these methods require the removal of moisture from the ply before thermal lamination at temperatures between 270 and 320 degrees Celsius. Hayes' U.S. Pat. No. 4,481,060 for the manufacture of thick paper illustrates the need to dry the ply completely before lamination, and the conventional idea is that any heat contained in the ply once the heated sheet structure exits the high compression zone. Excess moisture suddenly flashes, causing areas in the sheet to peel off, creating what is known as "blisters" in the art, making paper or cardboard unusable. This effect is exemplified by Memerger, US Pat. No. 4,515,656, in which cohesive, expanded, porosity sheets, typically unacceptable with cardboard, have at least 60% by weight water content in the sheets. By heating the wet sheet under pressure and temperature to rapidly vaporize the moisture and at the same time expand the sheet. This method forms any expanded macroscopic cell within and between plies.

하지만, 일본 특허 공개 공보 소54-50613호는 방향족 폴리아미드 종이 라미네이팅된 재료의 제조 방법을 개시하며, 여기서 물, 또는 물과 물에 용해가능한 유기 용매의 혼합물이 방향족 폴리아미드 종이에 첨가되어 종이의 함수율을 최대 6 내지 30 중량%로 증가시킨다. 이어서, 이들 습윤 종이 중 몇몇은 함께 층을 이루고, 그 후 조립된 층들은 먼저 정상 (실온) 온도에서 압축되고, 이어서 조립된 층들의 압축을 유지하면서 저온으로 층들이 가열된다. 저온은 상기 공보에서 "방향족 폴리아미드의 융점"으로 불리는 것 미만이며, 150 내지 230 C의 범위, 바람직하게는 170 내지 190 C의 범위이다. 이러한 저온 열 압착에 이어, 라미네이팅된 재료 상에 압력을 유지하면서 100 C 이하로 냉각된다. 실온에서의 비가열 프레스(press)에서의 제1 압축 단계에 이은 저온에서의 후속의 적당한 가열을 추가하는 제2 단계를 포함하는 처음 두 단계는 다른 방법에 비하여 라미네이팅된 재료를 저온에서 제조한다고 한다.However, Japanese Patent Application Laid-open No. 54-50613 discloses a process for producing an aromatic polyamide paper laminated material, wherein water or a mixture of water and an organic solvent soluble in water is added to the aromatic polyamide paper to The water content is increased to a maximum of 6 to 30% by weight. Then, some of these wet papers are layered together, and then the assembled layers are first compressed at normal (room temperature) temperature, and then the layers are heated to low temperature while maintaining the compression of the assembled layers. The low temperature is less than what is referred to in the publication as the "melting point of aromatic polyamide" and is in the range of 150 to 230 C, preferably in the range of 170 to 190 C. This cold thermocompression is followed by cooling to 100 C or less, maintaining pressure on the laminated material. The first two steps, including a second step of adding a first compression step in a non-heat press at room temperature and subsequent moderate heating at low temperatures, are said to produce laminated materials at low temperatures compared to other methods. .

불행하게도, 이러한 방법은 공보의 실시예에서 밝혀지듯이 높은 압축률(compressibility)을 가진 라미네이팅된 재료를 생성하며; 이 라미네이팅된 재료는 15 내지 23% 범위의 압축률을 갖는다. 이러한 재료는 너무 고도로 압축성이며 스페이서(spacer) 및/또는 스틱(stick)과 같은 전기 절연체 또는 최소의 압축률과 압축 영구변형률(compression set)을 필요로 하는 다른 구조적 구성요소로서 적합할만큼 충분히 강성이지는 않다.Unfortunately, this method produces laminated materials with high compressibility as found in the examples of the publication; This laminated material has a compressibility in the range of 15 to 23%. Such materials are too highly compressible and sufficiently rigid to be suitable as electrical insulators such as spacers and / or sticks or other structural components that require minimal compression and compression set. not.

따라서, 필요한 것은 개선된 플라이 접착력과 충분한 압축 특성을 가진, 두꺼운 종이와 판지와 같은 조밀한 시트 구조체를 제조하는 개선된 방법이다.What is needed, therefore, is an improved method of making dense sheet structures such as paperboard and cardboard, with improved ply adhesion and sufficient compression properties.

일 실시 형태에서, 본 발명은In one embodiment, the present invention

a) 열안정성 플록(floc)과 적어도 10 중량%의 아라미드 피브리드를 포함하는 복수의 플라이 - 여기서, 상기 플라이들은 추가로 25 내지 95 부피%의 기공률(void content)과 1.5 내지 7 중량%의 함수율(moisture content)을 가짐 - 를 조합하는 단계;a) a plurality of plies comprising a thermally stable floc and at least 10% by weight of aramid fibrids, wherein the plies additionally have a void content of 25 to 95% by volume and a water content of 1.5 to 7% by weight having moisture content;

b) 플라이들을 함께 열 라미네이팅하기 위하여 조합된 복수의 플라이들을 온도가 섭씨 250 내지 400도인 가열된 프레스에 제공하는 단계;b) providing a plurality of combined plies to a heated press having a temperature of 250 to 400 degrees Celsius combined to thermally laminate the plies together;

c) 플라이들을 섭씨 250 내지 400도의 온도에서 가열하면서 적어도 1.3 ㎫의 압력에서 플라이들을 압축시킴으로써 가열된 프레스에서 복수의 플라이를 열 라미네이팅하여 시트 구조체를 형성하는 단계; 및c) thermally laminating the plurality of plies in a heated press to compress the plies at a pressure of at least 1.3 MPa while heating the plies at a temperature of 250 to 400 degrees Celsius to form a sheet structure; And

d) 시트 구조체를 섭씨 100도 미만의 온도로 냉각하면서 시트 구조체 상에 적어도 1.3 ㎫의 일정한 압력을 유지하는 단계를 포함하는, 시트 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.d) maintaining a constant pressure of at least 1.3 MPa on the sheet structure while cooling the sheet structure to a temperature of less than 100 degrees Celsius.

본 발명은 개선된 플라이 접착력을 가지며, 이럼으로써 개선된 국소 박리 성능을 갖는 한편 또한 개선된 압축 특성, 특히 개선된 압축 영구변형률을 갖는, 종이 및/또는 판지와 같은 조밀한 시트 구조체를 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다. 플라이 접착력이란 ASTM D 952-02에 따라 측정할 때 시트의 z-방향으로의 (평면 외로의) 구조체의 박리시 최대 하중(peak load)을 의미한다.The present invention has an improved ply adhesion, thereby improving the fabrication of dense sheet structures, such as paper and / or paperboard, with improved local peeling performance while also having improved compression properties, in particular improved compression set. It is about how. Ply adhesion means the peak load at the time of delamination of the structure (out of plane) of the sheet in the z-direction as measured according to ASTM D 952-02.

다겹 시트 구조체를 제조하는 이러한 개선된 방법은, 아라미드 피브리드와 열안정성 플록을 포함하며 1.5 내지 7 중량%의 함수율을 갖는 복수의 플라이를 조합하는 단계; 시트 구조체를 형성하기에 충분한 시간 동안 압력 하에서 상기 시트를 유지하면서 고온에서 복수의 플라이를 열 라미네이팅시키고, 이어서 시트 구조체 상에 압력을 유지하면서 100 C 미만의 온도로 구조체를 냉각시키는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 압축 사이클의 마지막에, 생성된 시트 구조체는 시트 구조체 내에 적어도 1%의 수분을 갖는다. 40 중량% 이상의 피브리드로 제조되고 25 부피% 이하의 기공률을 이루도록 조밀화된 생성된 시트 구조체는 하기 식에 의해 정의된 메가파스칼(㎫) 단위의 플라이 접착력(Y)을 갖는다:Such an improved method of making a multi-ply sheet structure includes combining a plurality of plies, including aramid fibrids and a thermostable floc, having a water content of 1.5 to 7% by weight; Thermal laminating the plurality of plies at high temperature while maintaining the sheet under pressure for a time sufficient to form a sheet structure, and then cooling the structure to a temperature below 100 C while maintaining pressure on the sheet structure. In some embodiments, at the end of the compression cycle, the resulting sheet structure has at least 1% moisture in the sheet structure. The resulting sheet structure made of at least 40% by weight fibrids and compacted to a porosity of up to 25% by volume has a ply adhesion force (Y) in megapascals (MPa) defined by the following formula:

Y > 2.97 (X)(-0.25).Y> 2.97 (X) (-0.25) .

여기서, (X)는 밀리미터(㎜) 단위의 판지 두께이며; 이 판지는 1.6% 이하의 압축률 및 0.18% 이하의 압축 영구변형률을 가질 수 있다.Where (X) is the cardboard thickness in millimeters (mm); The cardboard can have a compression rate of less than 1.6% and a compression set of 0.18% or less.

이러한 방법에 의해 제조된 판지는 놀랍고 매우 바람직한 압축 특성을 가진다. 낮은 압축률과 낮은 압축 영구변형률을 가진 판지는 판지의 두께 치수가 전기 장치의 설계시 스페이서로서의 기능 측면에서 더 안정적이고 더 효율적임을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 정전 및 일부 다른 사건 중 있을 수 있는 가압 동안의 판지의 비가역적인 압축 변형인 압축 영구변형률은 0.18% 이하이다. 일부 실시 형태에서, 이러한 판지의 압축률은 또한 낮으며, 1.6% 이하이다.The cardboard produced by this method has surprising and very desirable compression properties. Paperboard with a low compression rate and a low compression set means that the thickness dimension of the paperboard is more stable and more efficient in terms of its function as a spacer in the design of electrical devices. In some embodiments, the compression set is 0.18% or less, which is an irreversible compressive deformation of the cardboard during pressurization and some other events that may occur. In some embodiments, the compressibility of such paperboard is also low, up to 1.6%.

시트 구조체에 사용되는 플라이는 드라이-레이드(dry-laid) 또는 웨트-레이드(wet-laid) 방법에 의해 형성될 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 웨트-레이드 방법은 실험실 스크린(laboratory screen)으로부터 상업용 크기의 제지 기계류, 예를 들어 장망식 초지기(Fourdrinier), 환망식 초지기(cylinder machine), 또는 경사 와이어형 초지기까지의 임의의 규모의 장비 상에서 아라미드 시트를 형성하기 위하여 사용된다. 일반적 방법은 수성 액체 중에 아라미드 피브리드, 열적으로 안정한 섬유 및 다른 가능한 성분들의 분산액을 제조하는 단계, 이 분산액으로부터 액체를 배출시켜 습윤 조성물을 생성하는 단계, 및 습윤 종이 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다. 분산액은, 섬유를 분산시키고 이어서 피브리드 재료를 첨가함으로써 또는 피브리드를 분산시키고 이어서 섬유를 첨가함으로써 제조될 수 있다. 분산액은 또한 섬유의 분산액을 피브리드의 분산액과 조합함으로써 제조될 수 있다. 분산액 중의 섬유의 농도는 분산액의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 1.0 중량%의 범위일 수 있다. 분산액 중의 피브리드의 농도는 고형물의 총 중량을 기준으로 최대 90 중량%일 수 있다. 분말 또는 섬유질 형태의 추가의 성분, 예를 들어 시트 전도성 및 기타 특성의 조절을 위한 충전제, 안료, 산화방지제 등이 조성물에 첨가될 수 있다.The plies used for the sheet structure can be formed by a dry-laid or wet-laid method. In some preferred embodiments, the wet-laid method can be adapted from laboratory screens to commercial-sized paper machinery, such as Fourdrinier, cylinder machines, or warp wired paper machines. It is used to form an aramid sheet on a scale of equipment. General methods include preparing a dispersion of aramid fibrids, thermally stable fibers and other possible components in an aqueous liquid, draining the liquid from the dispersion to produce a wet composition, and drying the wet paper composition. . Dispersions can be prepared by dispersing the fibers and then adding the fibrid material or by dispersing the fibrids and then adding the fibers. Dispersions can also be prepared by combining a dispersion of fibers with a dispersion of fibrids. The concentration of the fibers in the dispersion may range from 0.01 to 1.0 weight percent based on the total weight of the dispersion. The concentration of fibrids in the dispersion can be up to 90% by weight, based on the total weight of the solids. Additional components in powder or fibrous form, such as fillers, pigments, antioxidants and the like for controlling sheet conductivity and other properties, may be added to the composition.

분산액의 수성 액체는 일반적으로 물이지만, 다양한 다른 물질, 예를 들어 pH-조절 물질, 성형 보조제, 계면활성제, 소포제 등을 포함할 수 있다. 보통 스크린이나 다른 천공된 지지체 상으로 분산액을 안내하고, 분산된 고형물을 유지시키고, 이어서 액체를 통과시킴으로써 수성 액체를 분산액으로부터 배출시켜, 습윤 종이 조성물을 생성한다. 지지체 상에 일단 형성되면 습윤 종이 조성물은 보통 추가로 진공 또는 기타 압력 힘에 의해 탈수되며, 또한 나머지 액체를 증발시킴으로써 건조되어 시트 구조체에 사용되는 플라이를 형성한다.The aqueous liquid of the dispersion is generally water, but may include various other materials, such as pH-adjusting materials, molding aids, surfactants, antifoams and the like. The aqueous liquid is usually discharged from the dispersion by directing the dispersion onto a screen or other perforated support, retaining the dispersed solids, and then passing the liquid to produce a wet paper composition. Once formed on the support, the wet paper composition is usually further dehydrated by vacuum or other pressure forces, and also dried by evaporating the remaining liquid to form the plies for use in the sheet structure.

플라이는 적어도 10 중량%의 아라미드 피브리드를 함유하며, 나머지는 일반적으로 열안정성 플록이다. 명세서에 사용되는 "피브리드"라는 용어는 100 내지 1000 마이크로미터 정도의 길이 및 폭과 단지 0.1 내지 1 마이크로미터 정도의 두께를 갖는 작은 박막형의, 본질적으로 2차원인 입자의 아주 미세하게 분할된 중합체 생성물을 의미한다. 피브리드는 중합체 용액을 그 용액의 용매와 불혼화성인 액체의 응고욕(coagulating bath) 내로 스트리밍(stream)함으로써 제조된다. 중합체 용액의 스트림은 중합체가 응고됨에 따라 격렬한 전단력 및 난류에 처해진다. 일부 실시 형태에서, 플라이는 적어도 40 중량%의 아라미드 피브리드를 함유한다. 피브리드 함량이 높은 이들 플라이는 판지에서처럼 매우 강성인 시트 구조체가 바람직한 경우에 가장 유용하다.The ply contains at least 10% by weight aramid fibrids, with the remainder being generally thermostable flocs. The term "fibrid" as used herein refers to a very finely divided polymer of small, thin, essentially two-dimensional particles having a length and width of about 100 to 1000 micrometers and a thickness of only about 0.1 to 1 micrometer. Means product. Fibrids are prepared by streaming a polymer solution into a coagulating bath of liquid that is incompatible with the solvent of the solution. The stream of polymer solution is subjected to vigorous shear forces and turbulence as the polymer solidifies. In some embodiments, the ply contains at least 40% by weight aramid fibrids. These plies with high fibrid content are most useful when a very rigid sheet structure is desired, such as in cardboard.

아라미드 피브리드에 유용한 적합한 아라미드 중합체는 아미드 (-CO-NH-) 결합의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드이다. 첨가제가 아라미드와 함께 사용될 수 있으며, 최대 10 중량% 만큼 많은 다른 중합체성 재료가 아라미드와 블렌딩될 수 있음이 밝혀졌다. 아라미드의 다이아민을 치환하는 10% 만큼 많은 기타 다이아민 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 치환하는 10% 만큼 많은 기타 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서 아라미드 피브리드는 메타-아라미드 중합체를 포함하며, 일부 가장 바람직한 실시 형태에서 메타-아라미드 중합체는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)이다.Suitable aramid polymers useful for aramid fibrids are polyamides in which at least 85% of the amide (—CO—NH—) bonds are attached directly to two aromatic rings. It has been found that additives may be used with the aramid and that up to 10% by weight of other polymeric materials may be blended with the aramid. Copolymers having as many as 10% of the other diamines substituting the diamines of the aramid or as many as 10% of the other diacid chlorides substituting the diacid chlorides of the aramids can be used. In some preferred embodiments the aramid fibrid comprises a meta-aramid polymer, and in some most preferred embodiments the meta-aramid polymer is poly (methaphenylene isophthalamide).

개별 플라이의 조성물의 90 중량% 이하는 열안정성 플록 또는 열안정성 플록들의 혼합물을 포함한다. "플록"은 길이가 2 내지 25 밀리미터, 바람직하게는 3 내지 7 밀리미터이고, 직경이 3 내지 20 마이크로미터, 바람직하게는 5 내지 14 마이크로미터인 섬유를 의미한다. 플록 길이가 3 밀리미터 미만이면 최종 라미네이트 구조체 강도에 대한 그의 영향이 충분히 크지 않을 것이며, 플록 길이가 25 밀리미터 초과이면 웨트-레이드 방법에 의해 균일한 웨브(web)를 형성하는 것이 어렵게 된다. 플록 직경이 5 마이크로미터 미만이면 충분한 균일성 및 재현성을 가지고서 플록을 제조하는 것이 어려울 수 있으며, 플록 직경이 20 마이크로미터 초과이면 경량 내지 중간의 평량을 갖는 균일한 종이를 형성하는 것이 매우 어렵게 된다. 플록은 일반적으로 연속 스펀 필라멘트(continuous spun filament)를 특정 길이의 단편으로 절단함으로써 제조된다. 일부 실시 형태에서, 플라이는 60 중량% 이하의 열안정성 플록 또는 열안정성 플록들의 혼합물을 함유하며, 나머지는 아라미드 피브리드이다. 이러한 실시 형태는 판지에서처럼 매우 강성인 시트 구조체가 바람직할 때 특히 유용하다. 일반적으로, 플라이는 열안정성 플록 및 아라미드 피브리드로 본질적으로 이루어지지만, 다른 종이 첨가제가 최대 약 10 중량%까지 첨가될 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 열가소성 플록과 같은 다른 재료는 존재하지 않지만; 일부 실시 형태에서는, 최종 라미네이팅된 시트 구조체 또는 판지의 온도 안정성이 훼손되지 않는 한 최대 20%의 다른 플록이 존재할 수 있다.Up to 90% by weight of the composition of the individual plies includes a thermostable floc or a mixture of thermostable flocs. "Flock" means a fiber having a length of 2 to 25 millimeters, preferably 3 to 7 millimeters, and a diameter of 3 to 20 micrometers, preferably 5 to 14 micrometers. If the floc length is less than 3 millimeters, its influence on the final laminate structure strength will not be large enough, and if the floc length is greater than 25 millimeters, it will be difficult to form a uniform web by the wet-laid method. If the floc diameter is less than 5 micrometers, it may be difficult to produce the flocs with sufficient uniformity and reproducibility, and if the floc diameter is more than 20 micrometers, it becomes very difficult to form a uniform paper having a light to medium basis weight. Flocks are generally made by cutting continuous spun filaments into pieces of a particular length. In some embodiments, the ply contains up to 60% by weight thermostable floc or a mixture of thermostable flocs, with the remainder being aramid fibrids. This embodiment is particularly useful when a very rigid sheet structure is desired, such as in cardboard. Generally, the ply consists essentially of thermostable flocs and aramid fibrids, although other paper additives may be added up to about 10% by weight. In some preferred embodiments, no other material, such as thermoplastic floc, is present; In some embodiments, up to 20% of other flocs may be present unless the temperature stability of the final laminated sheet structure or paperboard is compromised.

"열안정성"이란 공기 중에서 10분 동안 250 C에 노출 후 섬유가 그 강도(tenacity)의 10% 이하를 상실함을 의미한다. 섬유가 열안정성인지를 결정하기 위하여, 섬유 샘플의 강도가 실온 조건에서 측정되며; 이어서 샘플은 제한된 채 10분 동안 250 C로 공기 중에서 가열되고, 실온 조건으로 냉각되며, 이어서 강도가 측정되고 비가열 섬유의 측정된 강도와 비교된다. 일부 실시 형태에서, 열안정성 플록은 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 플루오로중합체 섬유, 폴리이미드 섬유, 액정 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하지만, 예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아크릴로니트릴 등의 다른 재료로부터의 플록이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 바람직한 열안정성 플록은 아라미드 섬유, 유리 섬유, 또는 그 혼합물을 포함한다. 바람직한 일 실시 형태에서 열안정성 플록은 메타-아라미드 플록이며, 가장 바람직한 실시 형태에서 플록은 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)를 포함한다."Thermal stability" means that the fiber loses 10% or less of its tenacity after exposure to 250 C for 10 minutes in air. In order to determine if the fiber is thermally stable, the strength of the fiber sample is measured at room temperature conditions; The sample is then heated in air at 250 C for 10 minutes with limited, cooled to room temperature conditions, and then the strength is measured and compared to the measured strength of the unheated fiber. In some embodiments, the heat stable flock is from the group consisting of aramid fibers, glass fibers, carbon fibers, fluoropolymer fibers, polyimide fibers, liquid crystalline polyester fibers, polyethylene terephthalate fibers, polyacrylonitrile fibers, and mixtures thereof. Is selected. However, flocs from other materials, such as, for example, poly (ethylene terephthalate), polyacrylonitrile, can be used. In some embodiments, preferred thermostable flocs include aramid fibers, glass fibers, or mixtures thereof. In one preferred embodiment the thermostable floc is a meta-aramid floc and in the most preferred embodiment the floc comprises poly (methaphenylene isophthalamide).

라미네이션 전에, 개별 플라이의 기공률은 적어도 25부피%이다. 이러한 기공률은 플라이들의 다겹 스택(stack)이 피브리드 중합체의 유리 전이 온도(Tg) 근처 또는 그보다 높은 온도에서의 고온 라미네이션 과정에서 후속적으로 압축될 때 하나의 플라이 내의 피브리드가 다른 플라이 내로 부분적으로 침투할 수 있게 하는 것으로 생각된다. 일부 실시 형태에서, 개별 플라이 내의 기공률은 35 부피% 이상이다. 일부 실시 형태에서, 기공률은 95 부피% 만큼 높을 수 있다. 일 실시 형태에서, 모든 개별 플라이의 기공 부피는 적어도 25 부피%이다.Prior to lamination, the porosity of the individual plies is at least 25% by volume. This porosity is due in part to the fibrids in one ply into another ply when the multiply stack of plies is subsequently compressed during the hot lamination process at or near the glass transition temperature (Tg) of the fibrid polymer. It is thought to be able to penetrate. In some embodiments, the porosity in the individual plies is at least 35% by volume. In some embodiments, porosity can be as high as 95% by volume. In one embodiment, the pore volume of all individual plies is at least 25% by volume.

플라이들의 다겹 스택은 열 라미네이션 단계에 들어갈 때 함수율이 1.5 내지 7 중량%이다. 최종 라미네이트 구조체에서 원하는 더 나은 플라이 접착력을 얻기 위해서는 열 라미네이션 동안 플라이들의 스택 내에서 적어도 1 중량% 수분이 유지되어야 하는 것으로 생각된다. 열 라미네이션 전의 플라이들의 스택의 함수율이 1.5 중량% 미만이면, 전체 라미네이션 사이클 동안 라미네이트 내에 적어도 1 중량%를 유지하기 어렵게 되며, 따라서 플라이 접착력의 개선과 놀라운 압축 특성을 얻기도 어렵게 된다. 열 라미네이션 상태에 있는 플라이의 함수율이 7 중량%보다 크면 추가적인 이점이 얻어지지 않는 것으로 생각되며, 가열 및 냉각 단계를 위해 더 많은 에너지가 필요할 뿐이며 이는 바람직하지 않은 것으로 생각된다.The multi-ply stack of plies has a water content of 1.5 to 7% by weight when entering the thermal lamination step. It is believed that at least 1% by weight moisture must be maintained in the stack of plies during thermal lamination to achieve the desired better ply adhesion in the final laminate structure. If the moisture content of the stack of plies before thermal lamination is less than 1.5% by weight, it is difficult to maintain at least 1% by weight in the laminate during the entire lamination cycle, thus making it difficult to obtain improved ply adhesion and surprising compressive properties. If the moisture content of the plies in thermal lamination is greater than 7% by weight, no further benefit is believed to be obtained, and only more energy is required for the heating and cooling steps, which is considered undesirable.

플라이들은 한 플라이를 다른 플라이 위에 층을 이루게 함으로써 조합될 수 있으며, 일부 실시 형태에서는 전형적으로 2개 내지 12개의 플라이들이 함께 층을 이룰 수 있다. 이는 배치 압축(batch compression)을 위한 가열된 플래튼 프레스에 배치하기 위해 별개의 플라이들(시트)을 수동으로 함께 적층시킴으로써 배치 공정으로 이루어지거나; 또는 연속 공정에서는 플라이들이 연속 열 라미네이션을 위한 이중 벨트 프레스(double belt press) 또는 다른 장비의 닙(nip)으로의 입구에서 플라이들을 푸는 동안 자동적으로 그리고 연속적으로 함께 조합될 수 있다.The plies can be combined by layering one ply over another, and in some embodiments typically two to twelve plies can be layered together. This is done in a batch process by manually stacking separate plies (sheets) together for placement on a heated platen press for batch compression; Alternatively, in a continuous process, the plies may be combined together automatically and continuously while unwinding the plies at the inlet to a nip of a double belt press or other equipment for continuous thermal lamination.

플라이는 250 내지 400 C의 표면 접촉 온도에서 작동하는 가열된 프레스에 제공된다. 일부 실시 형태에서, 온도는 290 내지 360 C이다. 이러한 가열 동안 플라이들의 스택은 시트 구조체의 가열 전체에 걸쳐 유지되는 적어도 1.3 ㎫의 압력에서 열 라미네이팅된다. 일부 실시 형태에서, 압력은 3.5 내지 5 ㎫로 유지된다. 벨트 프레스와 같은 연속 온라인 공정이 이용되는 일부 실시 형태에서, 열 라미네이션은 약 30초 내지 3분 동안 실시된다. 플래튼 프레스가 이용되는 일부 실시 형태에서, 열 라미네이션은 10분 정도의 수 분에 걸쳐, 또는 매우 두꺼운 구조체에 대해서는 훨씬 더 오래 실시된다. 열 라미네이션 후, 적어도 1.3 ㎫의 라미네이팅 압력은 라미네이트 구조체가 100 C 미만으로 냉각되는 동안 유지된다. 일부 실시 형태에서, 3.5 내지 5 ㎫의 압력은 냉각 동안 유지된다. 가열 및 냉각에 걸친 고압의 유지는, 라미네이트 구조체에 보유된 수분이 라미네이트에 대한 압력이 제거되면 갑자기 증발되지 않도록 하는 것을 보장한다. 일반적으로 냉각 시간은 라미네이트 시트 구조체의 평량에 좌우된다. 라미네이트 시트 구조체가 플래튼 프레스의 일 유형을 이용하는 수동 배치 공정으로 제조되면, 냉각 시간은 라미네이트 시트 구조체의 중량뿐만 아니라 프레스의 용량에 따라 열 라미네이션 시간보다 상당히 더 길 수 있다. 배치 방법을 이용하는 일부 실시 형태에서, 냉각 시간은 짧게는 30분 정도에서 길게는 2시간 정도일 수 있다.The ply is provided to a heated press operating at a surface contact temperature of 250 to 400 C. In some embodiments, the temperature is between 290 and 360 C. During this heating the stack of plies is thermally laminated at a pressure of at least 1.3 MPa maintained throughout the heating of the sheet structure. In some embodiments, the pressure is maintained at 3.5 to 5 MPa. In some embodiments in which a continuous online process such as a belt press is used, thermal lamination takes place for about 30 seconds to 3 minutes. In some embodiments where platen presses are used, thermal lamination takes place over a few minutes, such as 10 minutes, or even longer for very thick structures. After thermal lamination, a laminating pressure of at least 1.3 MPa is maintained while the laminate structure is cooled below 100 C. In some embodiments, a pressure of 3.5 to 5 MPa is maintained during cooling. Maintaining high pressure over heating and cooling ensures that the moisture retained in the laminate structure does not suddenly evaporate once the pressure on the laminate is removed. In general the cooling time depends on the basis weight of the laminate sheet structure. If the laminate sheet structure is manufactured in a manual batch process using one type of platen press, the cooling time can be significantly longer than the thermal lamination time, depending on the weight of the laminate sheet structure as well as the capacity of the press. In some embodiments using the batch method, the cooling time can be as short as about 30 minutes and as long as about 2 hours.

일부 실시 형태에서, 열 라미네이팅과 냉각은 실질적으로 일정한 압력 하에서 시트 구조체를 유지하면서 가열 구역과 냉각 구역을 가진 벨트 프레스 상에서 실시된다. 일부 바람직한 실시 형태에서 냉각은 적어도 하나의 가열 섹션(section)과 적어도 하나의 냉각 섹션을 가진 벨트 프레스 상에서 연속적으로 실시된다. 이 경우에, 냉각에 필요한 시간은 열 라미네이션을 위한 시간과 동일할 수 있거나 또는 더 짧거나 더 길 수 있다. 일부 실시 형태에서, 냉각 단계에 필요한 시간이 열 라미네이션 시간보다 더 짧은 것이 유리하며; 일부 실시 형태에서 이는 3분 미만일 수 있다.In some embodiments, thermal laminating and cooling is performed on a belt press having a heating zone and a cooling zone while maintaining the sheet structure under substantially constant pressure. In some preferred embodiments the cooling is carried out continuously on a belt press having at least one heating section and at least one cooling section. In this case, the time required for cooling may be the same as the time for thermal lamination or may be shorter or longer. In some embodiments, it is advantageous for the time required for the cooling step to be shorter than the thermal lamination time; In some embodiments it may be less than 3 minutes.

시트 구조체 열 라미네이션은 플래튼 프레스, 이중 벨트 프레스, 또는 압력 해제의 임의의 중간 단계 없이 구조체 상에 연속적인 압력을 유지하면서 가열 및 냉각 둘 모두를 시트 구조체에 적용할 수 있게 하는 임의의 다른 장치를 이용하여 이루어질 수 있다. 유용한 방법은 미국 특허 제4,336,096호; 제4,334,468호; 제5,098,514호; 제5,141,583호; 및 제5,149,394호에 일반적으로 개시된 유형 또는 상기 특허에 나타낸 배열로부터 도출된 유형의 벨트 프레스를 이용할 수 있다.Sheet structure thermal lamination may be a platen press, a double belt press, or any other device that allows both heating and cooling to be applied to the sheet structure while maintaining continuous pressure on the structure without any intermediate step of pressure release. Can be made. Useful methods include US Pat. No. 4,336,096; 4,334,468; 5,098,514; 5,098,514; 5,141,583; And belt presses of the type generally disclosed in US Pat. No. 5,149,394 or of a type derived from the arrangement shown in the patent.

벨트 프레스가 이용되는 일부 바람직한 실시 형태에서, 벨트 프레스의 동일 표면은 시트 구조체의 가열 및 냉각 둘 모두를 제공하며; 다시 말하면, 일단 플라이들의 스택이 벨트 프레스에 들어가면, 벨트 프레스의 동일 표면은 플라이들의 스택에 연속적인 가압 및 가열 둘 모두를 제공하여 가열된 라미네이트 구조체를 만들고, 이어서 이 구조체가 100 C 미만으로 냉각될 때 동일한 라미네이트 구조체에 연속적인 가압을 계속 제공한다. 그렇게 함에 있어서, 이는 플라이 내의 수분이 개선된 국소 박리 성능 및 놀라운 압축 특성을 가진 라미네이트 구조체의 형성을 돕게 할 수 있다.In some preferred embodiments in which a belt press is used, the same surface of the belt press provides both heating and cooling of the sheet structure; In other words, once the stack of plies enters the belt press, the same surface of the belt press provides both continuous pressurization and heating to the stack of plies to form a heated laminate structure, which is then cooled to less than 100 C. When it continues to provide continuous pressurization to the same laminate structure. In doing so, this may allow the moisture in the ply to assist in the formation of laminate structures with improved local peel performance and surprising compressive properties.

일부 실시 형태에서, 공정을 빠져 나가는 냉각된 라미네이트 구조체의 함수율은 적어도 1 중량%이며, 최종 라미네이트 구조체 내의 기공률은 30 부피% 이하이다. 최종 라미네이트 구조체 내의 상대적으로 작은 기공률은 높은 수준의 플라이 접착력 및 낮은 압축률과 압축 영구변형률을 위해 중요하다. 판지 유형의 라미네이트 구조체의 경우에, 바람직한 기공률은 10 내지 20 부피%이다. 10 부피% 미만의 기공은 보통 재료의 취성(brittleness) 및 10% 미만의 파단신율(elongation at break)로 이어진다.In some embodiments, the water content of the cooled laminate structure exiting the process is at least 1% by weight and the porosity in the final laminate structure is 30% by volume or less. Relatively small porosity in the final laminate structure is important for high levels of ply adhesion and low compression and compression set. In the case of cardboard type laminate structures, the preferred porosity is 10-20% by volume. Porosity of less than 10% by volume usually leads to brittleness of the material and elongation at break of less than 10%.

일부 실시 형태에서, 냉각 후 시트 구조체는 두께가 0.05 ㎜ 내지 최대 0.90 ㎜인 종이가 되도록 복수의 플라이가 선택된다. 매우 유용한 일 실시 형태에서, 종이의 두께는 0.40 내지 0.9 ㎜이다. 일부 실시 형태에서, 냉각 후 시트 구조체는 두께가 0.90 ㎜ 이상인 판지가 되도록 복수의 플라이가 선택된다. 매우 유용한 일 실시 형태에서, 판지의 두께는 0.90 내지 10.0 ㎜이다.In some embodiments, the plurality of plies are selected such that the sheet structure after cooling is a paper having a thickness of 0.05 mm up to 0.90 mm. In one very useful embodiment, the thickness of the paper is 0.40 to 0.9 mm. In some embodiments, a plurality of plies are selected such that the sheet structure after cooling is cardboard having a thickness of at least 0.90 mm. In one very useful embodiment, the thickness of the cardboard is 0.90 to 10.0 mm.

판지는 열안정성 플록 및 적어도 40 중량%의 아라미드 피브리드를 포함하고 0.9 ㎜ 이상의 두께를 갖는 복수의 플라이를 포함하며, 판지는 기공률이 25 부피% 이하이며 메가파스칼 단위의 플라이 접착력(Y)은 하기 식에 의해 정의된다:The paperboard comprises a plurality of plies comprising a thermally stable floc and at least 40% by weight of aramid fibrids and a thickness of at least 0.9 mm, the paperboard having a porosity of 25% by volume or less and the ply adhesion force (Y) in megapascals of It is defined by the expression:

Y > 2.97 (X)(-0.25).Y> 2.97 (X) (-0.25) .

여기서, (X)는 밀리미터 단위의 판지 두께이며; 이 판지는 1.6% 이하의 압축률 및 0.18% 이하의 압축 영구변형률을 가질 수 있다.Where (X) is the cardboard thickness in millimeters; The cardboard can have a compression rate of less than 1.6% and a compression set of 0.18% or less.

일부 실시 형태에서, 최종 판지는 기공률이 10 내지 20 부피%이다. 전술한 바와 같이, 기공률이 10 부피% 미만이면 재료는 취성을 가질 것이며, 판지가 우수한 수준의 플라이 접착력을 가지더라도 최종 부품으로의 판지의 가공성은 그것의 지나친 취성으로 인해 열등할 수 있다. 또한, 10 부피% 미만의 기공률은 판지가 액체-충전 변압기에서 전기 절연체로서 사용되는 경우 판지를 오일로 함침시키는 것을 어렵게 하는 것으로 생각된다. 판지의 기공 내로의 오일의 함침이 부족하게 되면 절연체에서의 부분적인 국소 전기 방전을 야기하며, 이는 시간에 걸쳐 판지를 사용하지 못하게 한다.In some embodiments, the final cardboard has a porosity of 10-20% by volume. As mentioned above, if the porosity is less than 10% by volume, the material will be brittle, and even if the cardboard has a good level of ply adhesion, the machinability of the cardboard to the final part may be inferior due to its excessive brittleness. In addition, porosities of less than 10% by volume are believed to make it difficult to impregnate the cardboard with oil when the cardboard is used as an electrical insulator in liquid-filled transformers. Lack of oil impregnation into the pores of the paperboard results in partial local electrical discharge in the insulator, which renders the paper unusable over time.

가공 및 최종 사용 동안 허용할만한 성능을 위해, 최종 라미네이트 구조체의 z-방향으로의 플라이 접착력 또는 인장 강도는 매우 중요하다. 불충분한 플라이 접착력은 박리 및 나아가서는 재료 및 최종 전기 장치의 고장으로 이어질 수 있다.For acceptable performance during processing and end use, the ply adhesion or tensile strength in the z-direction of the final laminate structure is very important. Insufficient ply adhesion can lead to peeling and further failure of the material and the final electrical device.

라미네이트 구조체의 평탄한 정도(degree of flatness)는 반대 특성인 뒤틀림 정도(degree of warpage)에 의해 보통 측정된다. 뒤틀림이 적은 라미네이트 구조체가 더 평탄하다. 바람직한 실시 형태에서, 앞서 기술된 방식으로 제조된 라미네이트 구조체 또는 판지는 높은 내압축성 판지를 제조하는 공지된 방법으로 제조된 라미네이트 구조체보다 더 평탄하고 뒤틀림이 더 적다. 일반적으로 품질 관리로서 사용되는, 라미네이트 시트 구조체의 뒤틀림의 상대량을 결정하는 한 가지 방법은, 구조체를 프레스로부터 꺼낼 때 라미네이트 시트 구조체의 직사각형 샘플을 취하는 것이며, 이 샘플은 폭이 프레스만큼 넓으며 길이가 아마도 폭의 30 내지 50%이다. 그러나, 원한다면, 50 × 50 ㎝의 정사각형 샘플 또한 사용될 수 있다. 라미네이트 시트 구조체는 샘플보다 큰 상부 표면을 갖는 균등하게 평탄한 표면, 예컨대 견고한 금속 테이블(table) 상에 배치된다. 이어서, 시트의 한 코너는 평탄한 금속 테이블 상으로 손으로 단단하게 압착된다. 라미네이트 구조체의 일 섹션이 임의의 뒤틀림을 갖게 되면, 그 섹션은 상향으로 힘을 받게 될 것이며 라미네이트 시트가 테이블로부터 상승되는 거리를 측정할 수 있다. 이러한 측정 기술을 이용하는 일부 실시 형태에서, 판지는 50 × 50 ㎝ 샘플에서 측정할 때 2 ㎜ 이하의 뒤틀림을 갖는다.The degree of flatness of the laminate structure is usually measured by the opposite degree of warpage. The less warped laminate structure is flatter. In a preferred embodiment, the laminate structure or paperboard produced in the manner described above is flatter and less warped than the laminate structure made by the known method of making high compression resistant paperboard. One method of determining the relative amount of warping of a laminate sheet structure, commonly used as quality control, is to take a rectangular sample of the laminate sheet structure when taking the structure out of the press, which is as wide as the press and has a length. Is perhaps 30-50% of the width. However, if desired, 50 x 50 cm square samples may also be used. The laminate sheet structure is placed on an evenly flat surface with a larger top surface than the sample, such as a solid metal table. One corner of the sheet is then pressed firmly by hand onto a flat metal table. If one section of the laminate structure has any distortion, the section will be forced upwards and can measure the distance that the laminate sheet is lifted from the table. In some embodiments using this measurement technique, the cardboard has a warpage of 2 mm or less when measured on a 50 × 50 cm sample.

라미네이트 구조체 또는 판지의 적절한 인장 강도는 재료의 성공적인 가공성 및 최종 응용에서 그 내구성을 보장하는 것을 돕는다. 일부 실시 형태에서, 판지는 인장 강도가 80 ㎫보다 크다.The appropriate tensile strength of the laminate structure or paperboard helps to ensure the successful workability of the material and its durability in the final application. In some embodiments, the cardboard has a tensile strength greater than 80 MPa.

라미네이트 구조체 또는 판지의 파단신율의 측정은 구조체 또는 판지의 인성 또는 취성의 정도를 특징짓는다. 일부 실시 형태에서, 판지의 파단신율은 열안정성 플록의 초기 모듈러스가 3000 cN/tex 미만일 때 적어도 10%이다.Measurement of the elongation at break of a laminate structure or paperboard characterizes the degree of toughness or brittleness of the structure or paperboard. In some embodiments, the elongation at break of the cardboard is at least 10% when the initial modulus of the heat stable floc is less than 3000 cN / tex.

판지의 압축 특성은 표준 조건에서 전체 압축 변형을 특징짓는 압축률과, 비가역적 압축 변형을 특징짓는 압축 영구변형률을 포함한다. 낮은 압축률과 낮은 압축 영구변형률을 가진 판지는 전기 장치 및 기계의 설계시 절연 스페이서로서의 기능 측면에서 더 효율적이며 더 안정한 두께를 갖는다. 일부 실시 형태에서 판지의 압축률은 1.6% 이하이며, 일부 실시 형태에서 판지의 압축 영구변형률은 0.18% 이하이다. 바람직한 실시 형태에서, 압축 영구변형률은 0.15% 미만이다.The compressive properties of the cardboard include a compressibility that characterizes the overall compressive strain under standard conditions, and a compressive permanent strain that characterizes the irreversible compressive strain. Paperboards with low compression rates and low compression set have more efficient and more stable thickness in terms of their function as insulating spacers in the design of electrical devices and machines. In some embodiments the compression rate of the cardboard is no greater than 1.6%, and in some embodiments the compression set of the cardboard is no greater than 0.18%. In a preferred embodiment, the compression set is less than 0.15%.

종이 또는 판지를 비롯한 라미네이트 구조체는 모터, 발전기 및 변압기를 비롯한 다양한 전기 장치를 위한 그리고 또한 샌드위치 패널을 위한 코어 및 페이스 시트(face sheet)를 비롯한 다양한 구조적 복합체를 위한 전기 절연 시스템의 부품으로 유용하다. 이들 응용에서, 종이 또는 판지는 원한다면 함침 수지를 사용하거나 또는 함침 수지 없이 이용될 수 있다.Laminate structures, including paper or cardboard, are useful as parts of electrical insulation systems for various electrical devices, including motors, generators, and transformers, and also for various structural composites, including cores and face sheets for sandwich panels. In these applications, paper or cardboard can be used with or without impregnation resin, if desired.

시험 방법Test Methods

시트 구조체의 Z-방향으로의 플라이 접착력 또는 인장 강도는, 직경이 7.06 ㎝인 원 형상 샘플을 이용하여 ASTM D 952-02에 기초하여 인스트론(Instron)(등록상표)-타입 시험 기계 상에서 결정하였다.Ply adhesion or tensile strength in the Z-direction of the sheet structure was determined on an Instron®-type test machine based on ASTM D 952-02 using a circular sample having a diameter of 7.06 cm. .

시트 및 시트 구조체의 두께는 ASTM D 374-99에 따라 결정하였다.The thickness of the sheet and the sheet structure was determined according to ASTM D 374-99.

시트 및 시트 구조체의 밀도, 압축률 및 압축 영구변형률은 ASTM D 3394-94에 따라 결정하였다. 압축률 및 압축 영구변형률은, 50.8 ㎜ × 39.1 ㎜의 평면내 치수를 갖고 전체 스택 높이가 약 51 ㎜인 직사각형 샘플을 이용하여 결정하였다.The density, compressibility and compression set of the sheets and sheet structures were determined according to ASTM D 3394-94. Compression and compression set were determined using a rectangular sample having an in-plane dimension of 50.8 mm x 39.1 mm and a total stack height of about 51 mm.

시트 및 시트 구조체의 인장 특성은 ASTM D 202에 따라 결정하였다.Tensile properties of the sheets and sheet structures were determined according to ASTM D 202.

실시예Example 1 One

두꺼운 라미네이트 구조체 내의 플라이로 사용될 중간 밀도의 아라미드 판지 (기공률은 약 40 부피%임)를 미국 특허 제4,752,355호에 기재된 바와 같이 제조하였다. 이러한 판지의 제조에 사용된 고형 재료는 60 중량%의 메타-아라미드 피브리드와 40 중량%의 메타-아라미드 플록이었다. 메타-아라미드 피브리드는 미국 특허 제3,756,908호에 기재된 바와 같이 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)로부터 제조되었다. 메타-아라미드 플록은 선형 밀도가 0.22 tex (2.0 데니어)이고 길이가 0.64 ㎝이며 초기 모듈러스가 약 800 cN/tex인 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드) 플록이었다 (상표명 노멕스(NOMEX)(등록상표)로 듀폰(DuPont)에서 판매함). 이러한 중간 밀도의 판지는 1214 g/㎡의 평량, 1.5 ㎜의 두께, 및 0.81 g/㎤의 밀도를 가졌다.Medium density aramid paperboard (porosity is about 40% by volume) to be used as plies in thick laminate structures was prepared as described in US Pat. No. 4,752,355. The solid material used to make this cardboard was 60% by weight meta-aramid fibrid and 40% by weight meta-aramid floc. Meta-aramid fibrids were prepared from poly (metaphenylene isophthalamide) as described in US Pat. No. 3,756,908. The meta-aramid flocs were poly (methaphenylene isophthalamide) flocs with a linear density of 0.22 tex (2.0 denier), 0.64 cm in length, and an initial modulus of about 800 cN / tex (registered trademark NOMEX®) Trademarks) sold by DuPont. This medium density cardboard had a basis weight of 1214 g / m 2, a thickness of 1.5 mm, and a density of 0.81 g / cm 3.

평면내 치수가 50 × 50 ㎝인 이러한 판지 두 장을 4.5 중량%의 함수율로 공기 중에서 평형화시키고, 285 C로 가열된 플래튼 프레스에서 하나의 판지 상부에 다른 판지를 두었다. 2겹 구조체를 285 C의 온도와 2413.2 ㎪ (350 psi)의 압력에서 2분 동안 압축시켰다. 그 후, 동일 압력을 유지하면서 프레스를 90 C의 온도로 냉각시키고 이 온도에서 10분 동안 유지하였다.Two such cardboards with an in-plane dimension of 50 × 50 cm were equilibrated in air at a moisture content of 4.5 wt% and placed on top of one cardboard in a platen press heated to 285 C. The two-ply structure was compressed for 2 minutes at a temperature of 285 C and a pressure of 2413.2 kPa (350 psi). The press was then cooled to a temperature of 90 C while maintaining the same pressure and held at this temperature for 10 minutes.

최종 판지는 함수율이 약 3 중량%, 두께가 2.0 ㎜ 및 밀도가 1.14 g/㎤였으며, 이는 약 16 부피%의 기공률에 해당하였다. 플라이 접착력은 3.2 ㎫였으며, 압축률은 1.14%였고, 압축 영구변형률은 0.12%였다. 최종 판지 샘플을 뒤틀림 측정을 위해 플래튼 프레스로부터 직접 취하였으며; 이 최종 보드에서는 감지할만한 뒤틀림은 발견되지 않았다. 이 판지의 다른 특성은 하기 표 1에 기재되어 있다.The final cardboard had a water content of about 3% by weight, a thickness of 2.0 mm and a density of 1.14 g / cm 3, corresponding to a porosity of about 16% by volume. Ply adhesion was 3.2 MPa, compressibility was 1.14% and compression set was 0.12%. Final cardboard samples were taken directly from the platen press for distortion measurements; No noticeable distortion was found on this final board. Other properties of this cardboard are listed in Table 1 below.

비교예 AComparative Example A

더 두꺼운 라미네이트 구조체에서 플라이로 사용될, 실시예 1의 중간 밀도의 아라미드 판지를 약 2시간 동안 160 C의 오븐에서 건조시켜 판지로부터 모든 수분을 본질적으로 제거하였다. 실시예 1에서와 같이, 이러한 판지 두 장을 285 C로 가열된 플래튼 프레스에서 하나의 판지 상부에 다른 판지를 두었다. 2겹 구조체를 285 C의 온도와 2413.2 ㎪ (350 psi)의 압력에서 2분 동안 압축시켰다. 고온 프레스의 개방 후, 고온 압축 판지를 고온 프레스로부터 꺼내어 냉각 프레스로 옮겨 약 90 C로 냉각시켰다.The medium density aramid cardboard of Example 1, which would be used as a ply in thicker laminate structures, was dried in an oven at 160 C for about 2 hours to essentially remove all moisture from the cardboard. As in Example 1, two such cardboards were placed on top of one cardboard in a platen press heated to 285 C. The two-ply structure was compressed for 2 minutes at a temperature of 285 C and a pressure of 2413.2 kPa (350 psi). After opening the hot press, the hot pressed cardboard was removed from the hot press and transferred to a cold press to cool to about 90 C.

프레스로부터 꺼낼 때, 최종 판지는 어떤 측정가능한 수분도 함유하지 않았으며, 두께가 2.0 ㎜ 및 밀도가 1.13 g/㎤였으며, 이는 약 16 부피%의 기공률에 해당하였다. 플라이 접착력은 2.3 ㎫였으며, 압축률은 1.40%였고 압축 영구변형률은 0.20%였다. 최종 판지의 측정된 뒤틀림은 3 ㎜였다. 이 판지의 다른 특성은 하기 표 1에 기재되어 있다.When removed from the press, the final cardboard did not contain any measurable moisture and had a thickness of 2.0 mm and a density of 1.13 g / cm 3, corresponding to a porosity of about 16% by volume. Ply adhesion was 2.3 MPa, compressibility was 1.40% and compression set was 0.20%. The measured distortion of the final cardboard was 3 mm. Other properties of this cardboard are listed in Table 1 below.

실시예 2Example 2

밀도가 0.27 g/㎤이고 기공률이 약 80 부피%인 저밀도 아라미드 종이를 미국 특허 제3,756,908호에 개시된 일반적인 방법을 이용하여 제조하였다. 이러한 판지의 제조에 사용된 고형 재료는 60 중량%의 메타-아라미드 피브리드와 40 중량%의 메타-아라미드 플록이었으며, 실시예 1에서와 동일하였다. 종이는 평량이 128 g/㎡였다.Low density aramid paper having a density of 0.27 g / cm 3 and a porosity of about 80% by volume was prepared using the general method disclosed in US Pat. No. 3,756,908. The solid material used to make this cardboard was 60% by weight meta-aramid fibrid and 40% by weight meta-aramid floc, the same as in Example 1. The paper had a basis weight of 128 g / m 2.

함수율이 3.5 내지 4 중량%인 이러한 종이의 9개의 롤을 길이가 2.1 미터인 가열 구역과 길이가 0.95 미터인 냉각 구역을 갖는 정압 이중 벨트 프레스의 풀림 스탠드(unwind stand)에 설치하였으며, 2 m/min의 속도와 4200 ㎪ (42 bar)의 압력에서 프레스의 가열 구역과 냉각 구역 내로 플라이들의 스택을 통과시킴으로써 종이의 9개 플라이를 함께 라미네이팅시켰다. 가열 구역의 온도는 312 C였으며, 냉각 구역의 말단의 온도는 95 C였다.Nine rolls of this paper having a water content of 3.5 to 4% by weight were installed in an unwind stand of a constant pressure double belt press having a heating zone of 2.1 meters in length and a cooling zone of 0.95 meters in length, 2 m / Nine plies of paper were laminated together by passing a stack of plies into the heating and cooling zones of the press at a speed of min and a pressure of 42 bar. The temperature of the heating zone was 312 C and the temperature of the end of the cooling zone was 95 C.

최종 라미네이트 구조체는 함수율이 3.2 중량%, 두께가 0.99 ㎜ 및 밀도가 1.14 g/㎤였으며, 이는 약 16 부피%의 기공률에 해당하였다. 플라이 접착력은 4.3 ㎫였으며, 압축률은 1.20%였으며 압축 영구변형률은 0.12%였다. 판지의 다른 특성은 하기 표 1에 기재되어 있다.The final laminate structure had a water content of 3.2 wt%, a thickness of 0.99 mm and a density of 1.14 g / cm 3, corresponding to a porosity of about 16 volume%. Ply adhesion was 4.3 MPa, compressibility was 1.20% and compression set was 0.12%. Other properties of the paperboard are listed in Table 1 below.

실시예 3Example 3

저밀도 아라미드 종이를 실시예 2와 유사하게 제조하였으나, 이 종이는 기공률이 약 78 부피%였으며, 54 중량%의 메타-아라미드 피브리드와 46 중량%의 메타-아라미드 플록으로 제조되었으며, 평량이 196 g/㎡였다. 함수율이 3.5 내지 4 중량%인 이러한 4개의 롤을 6 m/min의 속도와 3000 ㎪ (30 bar)의 압력에서 실시예 2에서와 같이 동일한 정압 이중 벨트 프레스에서 라미네이팅시키고 이어서 냉각시켰다. 가열 구역의 온도는 312 C였으며, 냉각 구역의 말단의 온도는 60 C였다. 최종 종이는 함수율이 2.8 중량%, 두께가 0.73 ㎜ 및 밀도가 1.07 g/㎤였으며, 이는 약 22 부피%의 기공률에 해당하였다. 플라이 접착력은 4.0 ㎫였으며; 이 종이의 다른 특성은 표 1에 기재되어 있다.A low density aramid paper was prepared similarly to Example 2, but with a porosity of about 78% by volume, 54% by weight of meta-aramid fibrid and 46% by weight of meta-aramid floc, with a basis weight of 196 g. / M 2. These four rolls with a water content of 3.5 to 4% by weight were laminated and then cooled in the same static double belt press as in Example 2 at a speed of 6 m / min and a pressure of 3000 kPa (30 bar). The temperature of the heating zone was 312 C and the temperature of the end of the cooling zone was 60 C. The final paper had a water content of 2.8 wt%, a thickness of 0.73 mm and a density of 1.07 g / cm 3, corresponding to a porosity of about 22 volume%. Ply adhesion was 4.0 MPa; Other properties of this paper are listed in Table 1.

Figure pct00001
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Claims (13)

a) 열안정성 플록(floc)과 적어도 10 중량%의 아라미드 피브리드(fibrid)를 포함하는 복수의 플라이 - 여기서, 상기 플라이들은 추가로 25 내지 95 부피%의 기공률(void content)과 1.5 내지 7 중량%의 함수율(moisture content)을 가짐 - 를 조합하는 단계;
b) 플라이들을 함께 열 라미네이팅하기 위하여 조합된 복수의 플라이들을 온도가 섭씨 250 내지 400도인 가열된 프레스에 제공하는 단계;
c) 플라이들을 섭씨 250 내지 400도의 온도에서 가열하면서 적어도 1.3 ㎫의 압력에서 플라이들을 압축시킴으로써 가열된 프레스에서 복수의 플라이를 열 라미네이팅하여 시트 구조체를 형성하는 단계; 및
d) 시트 구조체를 섭씨 100도 미만의 온도로 냉각하면서 시트 구조체 상에 적어도 1.3 ㎫의 일정한 압력을 유지하는 단계
를 포함하는, 시트 구조체를 제조하는 방법.
a) a plurality of plies comprising a thermally stable floc and at least 10% by weight of aramid fibrids, wherein the plies are additionally 25 to 95% by volume void content and 1.5 to 7% by weight Having a moisture content of%;
b) providing a plurality of combined plies to a heated press having a temperature of 250 to 400 degrees Celsius combined to thermally laminate the plies together;
c) thermally laminating the plurality of plies in a heated press to compress the plies at a pressure of at least 1.3 MPa while heating the plies at a temperature of 250 to 400 degrees Celsius to form a sheet structure; And
d) maintaining a constant pressure of at least 1.3 MPa on the sheet structure while cooling the sheet structure to a temperature below 100 degrees Celsius
Comprising a sheet structure.
제1항에 있어서, 단계 c)와 단계 d)에서의 압력이 동일한 방법.The method of claim 1 wherein the pressures in steps c) and d) are identical. 제1항에 있어서, 열 라미네이팅과 냉각은 실질적으로 일정한 압력 하에서 시트 구조체를 유지하면서 가열 구역과 냉각 구역을 가진 벨트 프레스(belt press) 상에서 실시되는 방법.The method of claim 1, wherein thermal laminating and cooling is performed on a belt press having a heating zone and a cooling zone while maintaining the sheet structure under substantially constant pressure. 제1항에 있어서, 냉각 후 시트 구조체는 냉각 단계 d) 후에 적어도 1 중량%의 함수율을 갖는 방법.The method of claim 1 wherein the sheet structure after cooling has a moisture content of at least 1 wt% after cooling step d). 제1항에 있어서, 라미네이팅 압력, 라미네이팅 온도, 및/또는 시간은 최종 시트 구조체가 30 부피% 이하의 기공률을 갖도록 선택되는 방법.The method of claim 1, wherein the laminating pressure, laminating temperature, and / or time is selected such that the final sheet structure has a porosity of 30 vol% or less. 제5항에 있어서, 라미네이팅 압력, 라미네이팅 온도, 및/또는 시간은 최종 시트 구조체가 25 부피% 이하의 기공률을 갖도록 선택되는 방법.The method of claim 5, wherein the laminating pressure, laminating temperature, and / or time is selected such that the final sheet structure has a porosity of 25 vol% or less. 제1항에 있어서, 아라미드 피브리드는 폴리(메타페닐렌 아이소프타미드) 피브리드인 방법.The method of claim 1, wherein the aramid fibrid is a poly (methphenylene isophthalamide) fibrid. 제1항에 있어서, 열안정성 플록은 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 플루오로중합체 섬유, 폴리이미드 섬유, 액정 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.The heat stable floc according to claim 1, wherein the heat stable floc is selected from the group consisting of aramid fibers, glass fibers, carbon fibers, fluoropolymer fibers, polyimide fibers, liquid crystalline polyester fibers, polyethylene terephthalate fibers, polyacrylonitrile fibers and mixtures thereof. The method chosen. 제8항에 있어서, 아라미드 섬유는 폴리(메타페닐렌 아이소프타미드) 섬유인 방법.The method of claim 8, wherein the aramid fiber is a poly (methphenylene isophthalamide) fiber. 제1항에 있어서, 냉각 후 시트 구조체는 두께가 0.90 ㎜ 이상인 판지가 되도록 복수의 플라이가 선택되는 방법.The method of claim 1 wherein the plurality of plies are selected such that the sheet structure after cooling is a cardboard having a thickness of at least 0.90 mm. 제10항에 있어서, 두께는 0.90 내지 10.0 ㎜인 방법.The method of claim 10, wherein the thickness is 0.90 to 10.0 mm. 제1항에 있어서, 냉각 후 시트 구조체는 두께가 0.05 ㎜ 내지 최대 0.90 ㎜인 종이가 되도록 복수의 플라이가 선택되는 방법.The method of claim 1 wherein the plurality of plies are selected such that the sheet structure after cooling is a paper having a thickness of 0.05 mm to a maximum of 0.90 mm. 제12항에 있어서, 두께는 0.40 내지 0.9 ㎜인 방법.The method of claim 12, wherein the thickness is 0.40 to 0.9 mm.
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